Бумеранг. 3D-модель на обсуждение

Бумеранг возвращается, потому что каждое его плечо работает как вращающееся крыло. Поэтому форму мы строили от аэродинамики: разрез плеча, положение утолщения, угол атаки и скругления кромок заданы размерами и проверены на 3D-модели. Верх плеча у модели один, а нижнюю поверхность сейчас рассматриваем в трёх вариантах — их можно переключить над моделью. Поверните модель: профиль плеч лучше всего виден сбоку и снизу.

Вариант низа:
загрузка модели…
тяните — поворот · колесо или два пальца — масштаб
Размах
480 мм
Угол между плечами
99°
Толщина
9 мм
Под руку
правую
Масса
≈ 130 г

Масса расчётная, без покрытия.

Каждое плечо устроено как крыло

В поперечном разрезе плечо повторяет профиль крыла. Передняя кромка скруглена радиусом 2,5 мм, на трети ширины профиль набирает полную толщину 9 мм, а дальше плавно сходит к задней кромке со скруглением 1 мм. Все участки сопряжены касательно, поэтому на поверхности нет граней и изломов, на которых срывался бы поток.

18,5 9 3,5 R2,5 R1 56 движение плеча при вращении
Разрез плеча посередине, вариант «наклонный низ», размеры в мм. 56 — ширина плеча, 18,5 — положение вершины профиля (треть ширины), 9 — толщина, 3,5 — высота центра скругления носка, от неё зависит угол атаки. Штрихпунктир — верх и низ заготовки.

Плечи работают по-разному

В полёте бумеранг вращается как пропеллер, и скруглённый носок каждого плеча обращён туда, куда плечо движется. Поэтому утолщение у плеч расположено с разных сторон: у одного — вдоль наружной кромки, у другого — вдоль внутренней. Если сделать оба плеча одинаковыми, одно из них пойдёт в поток задней кромкой вперёд и бумеранг не полетит.

В англоязычной спортивной терминологии у плеч даже разные имена: leading arm с утолщением снаружи отвечает за дальность полёта, dingle arm с утолщением внутри — за точность возврата.

Правый бумеранг, если смотреть на его выпуклую сторону, вращается против часовой стрелки. Бумеранг для левой руки — зеркальная копия, в которой утолщения меняются местами.

утолщение у наружной кромки утолщение у внутренней кромки вращение
Вид сверху, правый бумеранг. Пунктир — линия наибольшей толщины: она проходит на трети ширины плеча от передней кромки.

Угол атаки заложен в форму

Центр скругления передней кромки поднят на 3,5 мм над нижней плоскостью, поэтому носок плеча чуть приподнят и встречает поток под небольшим углом атаки. Этот угол часто доводят вручную, подгибая прогретые плечи. Здесь он заложен в саму форму, и каждое изделие в тираже получает одинаковую геометрию. Как низ плеча уходит от приподнятого носка к задней кромке, зависит от варианта.

Три варианта нижней поверхности

Верх профиля у всех вариантов одинаковый. Для нижней поверхности в литературе о бумерангах и в практике спортсменов описано несколько приёмов, и у каждого своя цена. Сейчас рассматриваем три варианта. На этапе прототипов изготовим все три, подержим в руках, сравним вживую и проверим в полёте.

Наклонный низ ≈ 130 г

18,5 9 3,5 R2,5 R1 56
Размеры в мм. Низ — прямая, касательная к скруглениям R2,5 и R1.

Низ плеча — прямая, касательная к скруглениям обеих кромок: от приподнятого носка она ровно сходит к задней кромке. Скос низа у передней кромки, по Теду Бейли, навсегда встраивает в бумеранг положительный угол атаки; здесь этот скос растянут на всю ширину плеча.

Плюсы. Угол атаки заложен по всей ширине плеча, а поверхность самая простая и ровная — её легче всего точно повторить в тираже.

Минусы. Это середина между двумя другими вариантами: не самый лёгкий и не самый инерционный.

Локальные подрезы ≈ 140 г

18,5 9 3,5 R2,5 R1 23,5 40,3 0,6 56
Размеры в мм. 23,5 и 40,3 — границы плоского участка (42 и 72 % ширины), 0,6 — подъём задней кромки над низом заготовки. Пунктир — низ варианта «наклонный низ».

От носка идёт короткий скос, с 42 до 72 % ширины низ плоский, а к задней кромке приподнимается на 0,6 мм. Скос у носка задаёт угол атаки. Подрезы у передней кромки и у задней кромки рядом с центром тяжести использует автор соревновательной модели Bra|Ket: по его словам, они добавляют дальности и устойчивости. Подрез задней кромки, по наблюдениям Бейли, к тому же раскручивает бумеранг быстрее.

Плюсы. Середина плеча сохраняет полную толщину, поэтому вариант самый инерционный и дольше держит вращение.

Минусы. Самый тяжёлый из трёх и самый сложный по форме.

Вогнутый низ ≈ 110 г

18,5 9 3,5 R2,5 R1 2 25,4 56
Размеры в мм. 2 — глубина вогнутости в самом глубоком месте, 25,4 от носка. Пунктир — низ варианта «наклонный низ».

Низ повторяет наклонный вариант, но середина плеча выбрана вогнутостью глубиной до 2 мм. Так облегчают скоростные бумеранги для дисциплины Fast Catch, где важно, как быстро бумеранг возвращается в руку.

Плюсы. Самый лёгкий вариант, момент инерции ниже примерно на 15 %. Бумеранг быстрее раскручивается и летает короче, а это удобно, когда места немного.

Минусы. По Бейли, подрезка низа немного снижает подъёмную силу и немного увеличивает сопротивление. Плечо тоньше, и запас прочности у него меньше, чем у двух других вариантов.

Локоть и кончики

В локте передняя кромка переходит с наружной стороны на внутреннюю. Профиль здесь плавно перетекает в симметричное сечение со скруглением 2 мм по обеим кромкам, а оттуда — в профиль второго плеча, развёрнутый в другую сторону. Переход укладывается в 75 мм от оси в каждую сторону, поэтому на поверхности нет ступенек и складок.

К кончикам плечо сужается, и вместе с шириной плавно снижается высота профиля — до трёх четвертей полной толщины. Так разрез сохраняет пропорции крыла до самого кончика.

Скруглённые кромки

Бумеранг ловят рукой, поэтому ни одна кромка не остаётся острой: передняя скруглена радиусом 2,5 мм, задняя — 1 мм, в локте обе — 2 мм.

Откуда эти формы

Модели не нарисованы на глаз, и их формы не придуманы наугад. Профиль крыла, разные роли плеч, встроенный угол атаки и все три варианта нижней поверхности собраны на основе анализа мировой литературы о бумерангах и практики мастеров и спортсменов.

В каждой модели любой размер — радиус кромки, толщина, место утолщения — задан числом. Когда модели построены, мы проверяем их в обратную сторону: виртуально разрезаем, замеряем скругления кромок и убеждаемся, что там ровно заданные 2,5 мм, а не 3 или 4. Массу каждого варианта считаем в двух разных программах и сверяем результаты.

Источники

3D-визуализация формы. Цвет модели условный.